甘肃金塔5.4级地震前地震学异常指标分析
发布时间：2019-12-02
摘 要：对2012年5月3日甘肃金塔Ms5.4级地震进行了分析,发现震前1a左右,在金塔周边地区相继出现b值、C值、D值、地震活动度S、断层总面积、能量释放E、缺震等地震活动性指标异常,这些指标异常反映了5.4级地震前地震活动呈现增强的特征。祁连块体以北区域发生中强地震前兆观测资料无明显异常,因此对该区域做相关地震学指标分析有一定的价值。
关键词：金塔地震 地震学指标 异常特征
甘肃金塔县与内蒙额济纳旗交界于2012年5月3日发生 Ms5.4地震,此次地震发生在阿拉善高原的西南边缘-河西走廊的西北界。从震源机制解可知此次地震与阿尔金断裂走向、破裂方式基本吻合，由此推测金塔地震的发生可能与阿尔金断裂活动相关[1]。金塔5.4级地震前，青藏高原北缘地区、祁连山构造带西段地震活动为平静状态，无明显时空异常现象，震中周边台站前兆观测资料也无明显异常变化，故震前未做出明确的预测意见。鉴于此原因，运用地震学指标重新检验金塔5.4级地震孕震过程，总结经验对我们今后做好地震监测预报工作还是有一定的作用。在异常数据处理的区域包括了2009年9月18日甘肃肃北北 Ms5.4级地震，因此本文顺带做了相关分析。
1 资料处理方法
应用中国地震局推广的“八五”公关地震学方法，根据中国地震局分析预报中心统编的地震目录，应用Mapsis分析软件，对祁连山西段地区进行了地震学指标扫描分析，计算研究区域为40.0°N-42.0°N,97.6°E-101.0°E，起始震级ML≥2.0，以1.5a窗长，1个月为单位步长进行扫描计算，结果表明，对“八五”攻关中推广的多种地震学指标 (地震活动时空分布图像、b值、C值、D值、断层总面积、缺震、地震活动度、能量释放等)进行系统的扫描、计算、绘图、分析。为了消除余震序列对计算结果的影响，对所有的地震序列进行了剔除。以2倍标准差为控制线。
2 金塔5.4级地震前多种地震学指标动态演化的基本特征
2.1 地震活动空间分布特征
根据中国地震局分析预报中心统编的全国地震目录发现：金塔县城以北从 未发生过Ms≥5.0级地震。显然 2012年5月3日甘肃金塔县与内蒙额济纳旗交界Ms5.4地震(40.58°N,98.62°E)打破了历史格局。从图1发现阿尔金断裂及其延伸带地震活动Ms≥3.5级地震以条带分布，该延伸带穿河西走廊呈隐伏状潜入阿拉善高原，而这次金塔地震就发生在该延伸带上。
2.2 b值曲线的异常特征
国家地震局预测预报司[2]有关研究结果表明，大震前震源区附近较小区域b值时间扫描往往表现为下降异常，而较大区域范围内的b值则表现为高值异常。肃北5.4级地震前，b值逐渐由小到大变化。2011年4月b值突跳，2011年8 月突跳结束且b值逐渐下降8个月后发震。临震前高b值异常是金塔5.4级地震的一个中短期的显著异常变化。
2.3 地震空间集中度C 值的异常变化
王炜[3]用C值来描述地震空间分布密集度的变化特征,中强地震前C值有一个明显的上升过程。2009年9月18日肃北 5.4和2012年5月3日金塔5.4级地震前，空间集中度C值在震前快速升高出现异常，并持续出现高值波动并在出现最高值后发震或者高值回落过程中发震，可以认为C值升高确为地震异常，C值在高值背景下的突跳异常对大震的短临预报具有重要意义。见图2中的金塔Ms5.4地震前C值变化曲线。
2.4 地震危险度D值的异常变化
王炜[4]指出,D值一般在中强地震前2~3年出现上升,异常时间持续1年半左右,在异常恢复1年左右发震。肃北5.4 级地震前D值变化曲线在2007年4月至2008年5月均为低值,2008年5月底异常突跳直至2009年9月18日发震，然后异常持续震荡，2011年5月初异常进一步突跳直至2012年5月 3日金塔5.4地震发生。由此可见D值一般在高值或高值下降状态发震，可以认为D值的变化对金塔5.4级地震具有中短期预报意义。见图2中金塔Ms5.4地震前D值变化曲线。
2.5 地震活动度S的异常变化
“地震活动度”S值由地震频度N、平均震级m、最大震级M和地震空间分布密度d共计4项参数组成，能够全面的定量描述一个地区、某个时段地震活动的相对强弱程度。 2008年6月异常超越阈值并且异常持续到2009年8月达到高值，略有回调后于2009年9月发生肃北5.4级地震，在异常没有明显回落的情况下于2011年7月又一次突跳直至金塔5.4 级地震发生，显然S值的变化曲线与D值的变化曲线很相似，见图3中地震活动度变化曲线。因此地震活动度S对该区地震也具有中短期预报意义。
2.6 断层总面积的异常变化
断层总面积包含地震频度、地震能量两方面的因素。大量研究表明断裂发育的地方也往往是较强地震发生的地方，较强地震发生之前常常在未来主震震中附近释放一部分应变能,表现为地震带上的地震活动性显著增高,断层总面积变化过程中有个“峰”值现象，从而为断层总面积方法预报地震提供了基本前提。肃北5.4地震发生在中国断层编号为137的断层南侧，金塔5.4地震发生在阿尔金断裂东侧的一个隐伏断层上。从图3中断层总面积变化曲线可以看出，断层总面积的曲线变化形态与D值、地震活动度S的曲线形态相似，也有一定的中短期预报价值。
2.7 能量释放的异常变化
发生一次地震，就是一次能量的释放。一个地区地震能量释放的大小与地震发生的频次、震级大小、时间间隔等因素密切相关。肃北5.4级地震前小震活动频次不高，震级普遍偏低，而金塔5.4级地震前小震活动偏多，震级偏高，因此能量释放趋于高值。见图3中能量释放变化曲线。
2.8 缺震的异常变化
在著名的古登堡震级-频度关系式：lgNm=a-bM若取单位时间地震序列中的最大震级Mmax=1由上式导出 Mmax=a/b这就是它的物理意义,得到一个单位时间里反比于b值的量。实际Mmax反映了单位时间里区域应力作用强度和应力集中水平。从一个地震序列中取出一串最大震级序列以后,采用一定的“时间窗”,滑动平均即可做出Mmax-t曲线,这个曲线是反映缺震的,故名缺震曲线。由图3缺震变化曲线中低于阈值3.25形成封闭区域看做缺震池，所谓缺震是指一段时间段内不会发生超过阈值的地震郭培兰[5]，苏宏伟等研究者[6]，地震活动进入平静时期。超过阈值曲线上扬形成峰值，在形成峰值的过程中往往是发生大震的时候，显然缺震也具有一定的中短期预报的作用。
3 结语
地震学参数从不同角度描述地震活动演变过程,从而从不同侧面揭示了地震孕育的某些规律。在地震预报中, 特别是中短期预报中,地震活动性图像特征一直为人们关注。本文筛选的6个地震学指标震前变化具有相关性。由金塔5.4级地震前多种地震的参数动态演化过程的分析可以得到以下几点认识。
(1)中期异常时长一般为4年左右，基本的判断方法为：相应研究区域内3~4级左右地震频发，这些地震在空间上以地震条带或地震空区特征分布，未来将要发生的中强地震可能发生在条带上或空区内。
(2)短期异常(1a左右)的判断：在出现了C值、D值、断层总面积、缺震、地震活动度、能量释放的异常升高特别是同步突升结合b值由持续低值突然转变为高值,此时距主震发生1a左右。
(3)40.0°N~42.0N,97.6E~101.0°E这个区域位于嘉峪关和金塔县城的北面，已经越过祁连山地震带，本文研究的地震学指标在该区域具有“地震窗”效应。
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